Multi-proxy reconstruction of Holocene and Late Glacial climate variability using precisely dated speleothems from the Herbstlabyrinth, central Germany

Speleothems grew in isolated places, in complete darkness and in harsh environments, in caves. Even so they are influenced by the climate of the surface surrounding the cave via percolating water from which they are precipitated. It is obvious that, beside the climate, the surface features, for example the type of vegetation, the stucture of the host rock and the soil properties alter the composition of the percolating water and thus, subsequently influences the drip water constituents. As a consequence, the geochemical composition of the precipitated speleothems are influenced by a variety of processes. These processes are of great interest when analysing speleothems, as they can vary spatially and temporally. The Herbstlabyrinth-Adventhöhle cave system provide an ideal place to study terrestrial past climate variability. First of all, the recent behavior of the drip water to seasonal or annual surface climate variability need to be investigated. This is achieved by a cave monitoring, where site specific influences can be discovered and important new insights in karst hydrology and speleothem science can be achieved. With this knowledge the interpretation of the proxy signals from the speleothems can be examined. To disentangle the individual influencing factors, sampling speleothems from different parts of the cave can help solving the variability on the spatial domain. To explain to which extent past climate variability is recorded by the speleothems, coeval specimen need to be analysed. In this thesis important progress could be made in terms of understanding the influences of climate pattern affecting the cave environment and the drip water and thus, the speleothems. The North Atlantic Oscillation has strong influence on the d18O values of the precipitation at the research area and subsequently, the drip water d18O values. A combination of research in the field and numeric modelling provide insight into the site specific behavior of the drip sites in the cave. As a consequence, the cave monitoring results should be combined with the speleothems sampled inside the cave. Providing precisely dated, coeval speleothem proxy records of Late Glacial and Holocene age, the HL cave system is an ideal place to study past climate variability on the temporal domain. With the findings of the cave monitoring, the geochemical features of the speleothems could be examined. Combining the results of the drip water with the calcite of the speleothem, the trace element and stable isotope measurements enabled to break down the main influencing factors during spelethem growth. On a local scale the vegetation and the soil properties have a major impact on the geochemical constituents of the speleothems. The study revealed connections between the region of the Herbstlabyrinth with the polar North Atlantic.Speläotheme bilden sich in isolierter Umgebung, in kompletter Dunkelheit und in einer rauen Umgebung, in Höhlen. Trotzdem ist die Bildung dieser Tropfsteine durch das Sickerwasser an das Klima in der Umgebung der Höhle gekoppelt. Somit wird ersichtlich, dass neben dem Klima, wichtige Einflussfaktoren auf das Sickerwasser und somit auch auf die geochemischen Eigenschaften des Tropfwassers in der Vegetation, der Struktur des Ausgangsgesteines und den Bodeneigenschaften zu suchen sind. Konsequenterweise sind eine Vielzahl an Prozessen an der geochemischen Beschaffenheit der Tropfsteine beteiligt, welche sich räumlich und zeitlich variabel gestalten. Das Herbstlabyrinth-Adventhöhle System bietet einen idealen, kontinentalen Ort um das Klima der Vergangenheit zu studieren. An erster Stelle stehen Untersuchungen, welche die Einflüsse der saisonalen und jährlichen Klimavariabilität auf der Tropfwasser analysieren. Dies ermöglicht ein Höhlenmonitoring, womit standortspezifische Einflüsse sowie neue Einblicke in die Karsthydrologie und für die Tropfsteininterpretation aufgezeigt werden können. Dieses Wissen bietet eine Grundlage für die Interpretation der Proxysignale der Tropfsteine. Um die räumliche Variabilität der Einflussfaktoren untersuchen tu können, ist es wichtig, Tropfsteine aus verschiedenen Teilen der Höhle zu beproben. Tropfsteine des gleichen Zeitabschnitts der Ergeschichte ermöglichen die Untersuchung des Einflusses des Klimas der Vergangenheit. In dieser Arbeit wurde ein wichtiger Beitrag zu den Einflüssen des Klimas auf das Untersuchungsgebiet und des Tropfwassers, und damit auch auf die Tropfsteine, geleistet. Die Nordatlantische Oszillation hat einen Einfluss auf die d18O Werte des Niederschlags und somit auch auf die d18O Werte des Tropfwassers. Die Verbindung von Feldstudien und numerischen Modellen erlaubt Einblicke in das Verhalten der Tropfstellen in der Höhle. Konsequenterweise sollten diese Ergebnisse mit den Tropfsteinproben aus der Höhle verknüpft werden. Die präzise datierten, zeitgleich entstandenen Tropfsteine bieten Proxydaten spätglazialen und holozänen Alters und machen somit das Höhlensystem zu einem idealen Ort um das Klima der Vergangenheit zu studieren. Mit den Erkenntnissen des Höhlenmonitoring können die geochemischen Eigenschaften der Tropfsteine detailiert analysiert werden. Die Kombination der Tropfwasseruntersuchungen mit den Speläothemen in Bezug auf Spurenelemente und stabile Isotope erlaubt eine Untersuchung der Haupteinflussfaktoren auf das Tropfsteinwachstum. Wichtige lokale Einflussfaktoren auf die Tropfsteine stellen die Vegetation und die Bodeneigenschaften dar. Die vorliegende Arbeit zeigt eine Verbindung des Untersuchungsgebietes mit dem polaren Nordatlantik